(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心を固定子内に配置して成る永久磁石埋込型電動機であって、
前記回転子鉄心の磁極を構成する磁石は、
前記回転子鉄心の外周側に設けられ前記回転子鉄心の円周方向へ極数に相当する数だけ配置されるフェライト磁石と、前記フェライト磁石の間に配置された希土類磁石と、から成り、
前記回転子鉄心の積厚は、固定子鉄心の積厚よりも大きく形成され、
前記フェライト磁石の軸方向長さは、前記希土類磁石の軸方向長さよりも大きく形成されていることを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記回転子鉄心には、前記回転子鉄心の外周側に設けられ前記希土類磁石を挿入する挿入孔が形成され、
この挿入孔に挿入された希土類磁石の軸方向端面と前記回転子鉄心の軸方向端面との間には、漏れ磁束抑制部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記フェライト磁石は、前記磁極の極間に前記フェライト磁石の中心が位置するように配置され、前記極間に対して磁化方向が反転するように着磁されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記希土類磁石は、前記フェライト磁石と同一円周上に配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記回転子鉄心には、前記回転子鉄心の外周側に設けられ前記フェライト磁石を挿入する挿入孔が形成され、
前記フェライト磁石の外周面とこの挿入孔との間には、隙間が形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記フェライト磁石は、前記回転子鉄心の半径方向における厚さをＴとし、前記回転子鉄心の回転方向における長さをＷとした場合、Ｗ＞Ｔとなるように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
前記固定子の内周部側には、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のティースが形成され、
前記希土類磁石表面の磁極開口部の幅をＡとして、前記ティースの幅をＢとした場合、Ｂ＞Ａとなるように構成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項８】
前記希土類磁石は、前記回転子鉄心の積厚方向に対して前記固定子鉄心の内周部と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項９】
前記希土類磁石の軸方向長さは、前記固定子鉄心の積厚とほぼ等しく形成され、
前記フェライト磁石の軸方向長さは、前記回転子鉄心の積厚とほぼ等しく形成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】
冷媒に、Ｒ３２冷媒を用いることを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石埋込型電動機およびこの電動機を搭載した圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりから電動機の効率改善の要求が高まっている。高効率電動機として、永久磁石を回転子の鉄心内部に埋め込んだ永久磁石埋込型電動機がエアコン等の圧縮機用電動機を中心に広まってきている。永久磁石埋込型電動機には、回転子の磁極を構成する永久磁石としてフェライト磁石と希土類磁石との何れか一方が採用されている。フェライト磁石を用いた場合、安価であるものの、磁束密度が小さいため、電動機に流れる電流が増加し、高効率化が困難である。そのため、高効率を要求されるエアコン等の圧縮機に用いられる電動機には、フェライト磁石よりも磁束密度の大きい希土類磁石が多く用いられている。しかしながら、希土類磁石は、ネオジム(Ｎｄ)、ディスプロシウム（Ｄｙ）などの高価なレアアース元素を含むため、電動機のコストが高くなるという問題があった。【０００３】
また、圧縮機に用いる冷媒として、低ＧＷＰ（ＧＷＰ：ＣＯ２＝１とした場合の地球温暖化係数）で、かつ安全性の高いＲ３２冷媒、もしくはＲ３２が５０％を超え、吐出温度をＲ２２よりも高いＲ３２リッチ混合冷媒を用いた場合、Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃを採用した場合と比較して圧縮機吐出温度が約２０℃高くなり、圧縮機の高温動作時に希土類磁石が減磁し、圧縮機の効率が低下するという問題があった。【０００４】
このような問題を解決するため、下記特許文献１に示される永久磁石電動機では、界磁磁極を構成する磁石に、回転子鉄心内径の周囲に沿って回転子の回転方向に極数に相当する数だけ配置される希土類磁石とこの希土類磁石による磁極の境界に沿って配置されるフェライト磁石とが含まれ、フェライト磁石を隣接磁極の共有として、各磁極が少なくとも３つの永久磁石により構成されている。高価な希土類磁石と安価なフェライト磁石を併用することで、低コスト化を図る効果が示されている。【０００５】
また下記特許文献２に示される圧縮機は、圧縮機に用いる冷媒として、上述したＲ３２冷媒もしくはＲ３２リッチ混合冷媒を用い、駆動源として希土類磁石を有するブラシレスＤＣモータを用い、前記希土類磁石は冷媒としてＲ２２、Ｒ４１０Ａ、もしくはＲ４０７Ｃを採用した圧縮機における永久磁石の厚みよりも大きい厚みとすることで、高効率化及び圧縮機吐出温度上昇の抑制を達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８３２５３０号公報（図１など）
【特許文献２】特開２００１−１１５９６３号公報（図１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に示される永久磁石電動機では、リラクタンストルクを得るために希土類磁石が回転子鉄心内径の周囲に沿って配置されている。すなわち、希土類磁石がフェライト磁石よりも回転子軸（シャフト）用中心孔側に配置されている。そのため、希土類磁石と回転子の外周面との間における鉄心面積が希土類磁石とフェライト磁石とを同一円周上に配置した場合に比べて多くなると共に、希土類磁石の円周方向の幅寸法を大幅に小さくする必要があった。したがって、フェライト磁石を配置して磁束密度を補った場合であっても、希土類磁石のみで構成した回転子に比べ、十分な磁束密度が得られず効率の低下を招いていた。【０００８】
また、上記特許文献１に示される永久磁石電動機は、リラクタンストルクを積極的に利用する構造のため、トルクリップル等の電磁加振力が増加し、音および振動が大きくなるという課題があった。特に、この電動機が圧縮機に組み込まれている場合、電磁加振力が圧縮機の筐体や配管を振動させる要因となるため、圧縮機筐体の剛性アップや配管の強度アップなどの対策でコストが増加するという課題があった。【０００９】
また、上記特許文献２に示される圧縮機では、圧縮機内部の温度上昇が大きくなることに伴う永久磁石の熱減磁を抑制するために、永久磁石の厚みを厚くする、もしくは、保磁力の高い永久磁石（希土類磁石）を用いるなどの対策が行われている。そのため、希土類磁石の使用量が増加、もしくは、希土類磁石の中に含まれるレアアース元素の量が増加し、電動機のコストが増加するという課題があった。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高効率で、音および振動を低減可能な永久磁石埋込型電動機および圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心を固定子内に配置して成る永久磁石埋込型電動機であって、前記回転子鉄心の磁極を構成する磁石は、前記回転子鉄心の外周側に設けられ前記回転子鉄心の円周方向へ極数に相当する数だけ配置されるフェライト磁石と、前記フェライト磁石の間に配置された希土類磁石と、から成り、前記回転子鉄心の積厚は、固定子鉄心の積厚よりも大きく形成され、前記フェライト磁石の軸方向長さは、前記希土類磁石の軸方向長さよりも大きく形成され、前記希土類磁石の軸方向長さは、前記固定子鉄心の積厚とほぼ等しく形成され、前記フェライト磁石の軸方向長さは、前記回転子鉄心の積厚とほぼ等しく形成され、前記希土類磁石は、前記回転子鉄心の積厚方向に対して前記固定子鉄心の内周部と対向する位置に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、高効率で、音および振動を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる永久磁石埋込型電動機の横断面図である。
【図２】図２は、図１に示される回転子の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、磁石挿入孔を中心に示す断面図である。
【図４】図４は、磁化方向がラジアル配向のフェライト磁石を用いた回転子の断面図である。
【図５】図５は、図４に示されるフェライト磁石の磁気回路と希土類磁石の磁気回路との関係を説明するための断面図である。
【図６】図６は、磁石の磁化方向が平行配向のフェライト磁石を用いた回転子の断面図である。
【図７】図７は、磁石の磁化方向が極配向のフェライト磁石を用いた回転子の断面図である。
【図８】図８は、希土類磁石のみ用いた従来の永久磁石埋込型電動機の断面図である。
【図９】図９は、フェライト磁石の厚さと幅の関係を説明するための図である。
【図１０】図１０は、希土類磁石の磁極開口部とティース幅との関係を説明するための図である。
【図１１】図１１は、永久磁石埋込型電動機の斜視図である。
【図１２】図１２は、永久磁石埋込型電動機の側面図である。
【図１３】図１３は、回転子鉄心と永久磁石の斜視図である。
【図１４】図１４は、ロータリ圧縮機の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる永久磁石埋込型電動機および圧縮機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる永久磁石埋込型電動機（以下「電動機」と称する）１００の横断面図であり、図２は、図１に示される回転子１の構造を示す断面図である。図３は、磁石挿入孔を中心に示す断面図であり、図４は、磁化方向がラジアル配向のフェライト磁石４を用いた回転子１の断面図であり、図５は、図４に示されるフェライト磁石４の磁気回路と希土類磁石３の磁気回路との関係を説明するための断面図であり、図６は、磁石の磁化方向が平行配向のフェライト磁石４を用いた回転子１の断面図であり、図７は、磁石の磁化方向が極配向のフェライト磁石４を用いた回転子１の断面図である。
【００１６】
図１において、本発明の実施の形態にかかる電動機１００は、固定子２および回転子１を有して構成されている。固定子２の内周部には、複数のティースが円周方向に等角ピッチで形成されている。
【００１７】
図２において、回転子１は、主たる構成として、磁石埋め込み式の回転子鉄心７、希土類磁石３、およびフェライト磁石４を有して構成されている。図２では、一例として、フェライト磁石４のシャフト孔側面４ａが、希土類磁石３のシャフト孔側面３ａと同一円周上に配置されている。
【００１８】
回転子鉄心７は、電磁鋼板を積層して製作され回転子１の外周面（以下単に「回転子外周面」と称する）が円筒状に形成され、例えば６極の磁極２１で構成され、各磁極２１は、１枚のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石３と２枚のフェライト磁石４の片側とで構成される。
【００１９】
フェライト磁石４は、シャフト孔側面４ａが略円弧形状に形成された板状を成す。希土類磁石３は、厚さ方向（回転子１の半径方向）へ平行に磁化された平板状を成す。なお、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石３の残留磁束密度は、湿式フェライト磁石４の残留磁束密度の約３倍である。希土類磁石３の厚さは、フェライト磁石４の厚さよりも薄く形成され、本実施の形態の回転子１では、例えば希土類磁石３の厚さが２ｍｍ程度、フェライト磁石４の厚さが４ｍｍ程度である。
【００２０】
回転子１の中心部には、回転エネルギーを伝達するためのシャフト（図示せず）と回転子鉄心７とを連結するためのシャフト孔８が設けられている。回転子鉄心７とシャフトは、焼嵌、圧入等により連結される。そして、シャフト孔８と磁石（３、４）との間には、冷媒や冷凍機油が通過するための風穴９ａと積層した回転子鉄心７を束ねるためのリベット穴９ｂとが設けられている。また、本実施の形態の回転子１では、風穴９ａが希土類磁石３の内径側に配置され、リベット穴９ｂがフェライト磁石４の内径側に配置されているが、この逆でもよい。また、本実施の形態の回転子１は、風穴９ａの断面積をトルクの低下しない範囲で大きくすることで、圧縮機中で駆動した際に冷媒の流路が増し、性能を改善できる。
【００２１】
図３において、シャフト孔８と回転子外周面との間には、回転子外周面側にて回転子１の回転方向へ極数に相当する数だけ形成されたフェライト磁石挿入孔２２と、フェライト磁石挿入孔２２の間にてフェライト磁石挿入孔２２と同一円周上に形成された希土類磁石挿入孔２３とが設けられている。希土類磁石３は、希土類磁石挿入孔２３に収納され、フェライト磁石４は、フェライト磁石挿入孔２２に収納される。なお、以下の説明では、フェライト磁石挿入孔２２は挿入孔２２と称し、希土類磁石挿入孔２３は挿入孔２３と称する。
【００２２】
挿入孔２２と挿入孔２３との間には、磁石間薄肉部１４が設けられ、挿入孔２２と回転子外周面との間には、フェライト磁石外周薄肉部１５が設けられている。磁石間薄肉部１４およびフェライト磁石外周薄肉部１５の各々の厚みは、例えば、回転子鉄心７を形成している電磁鋼板（図示せず）の厚さと同程度の０．３５ｍｍである。なお、以下の説明では、磁石間薄肉部１４は薄肉部１４と称し、フェライト磁石外周薄肉部１５は薄肉部１５と称する。
【００２３】
図２に示されるフェライト磁石４と薄肉部１５との間には、フェライト磁石４の回転子外周面側に空気孔１９が形成されている。この空気孔１９は、例えば挿入孔２２の回転子外周面側を切削加工することで形成されている。
【００２４】
希土類磁石３の回転子外周面側には、薄肉部１５の厚さよりも厚く形成された鉄心部７ａが存在する。すなわち、本実施の形態の回転子１は、希土類磁石３と回転子外周面の間の鉄心面積（鉄心部７ａの厚み）が、挿入孔２２と回転子外周面との間の鉄心面積（薄肉部１５の厚み）よりも大きくなるように構成されている。
【００２５】
この鉄心部７ａには、磁束密度のアンバランスおよび磁気突極性を緩和するためのスリット６が径方向に設けられている。
【００２６】
図２に示される極間２０は、隣接する磁極２１（Ｎ極とＳ極）が切り替わる境界線を表し、磁極２１の中心には希土類磁石３が配置され、フェライト磁石４は、極間２０にフェライト磁石４の中心が位置するように配置されている。極間２０に配置されたフェライト磁石４は、少なくとも１枚で構成され、極間２０に対して磁化方向が反転するように着磁される。以下、磁化方向に関して説明する。
【００２７】
図４において、希土類磁石３の磁化方向は平行であり、フェライト磁石４の磁化方向はラジアル配向である。フェライト磁石４の磁化方向は、極間２０で反転するように着磁されている。図４には、磁化方向が反転する位置としてラジアル配向の焦点１７が示されている。フェライト磁石４の磁化方向は、極間２０を境界とし希土類磁石３の方向と略同じ向きとなる。
【００２８】
ここで、希土類磁石３とフェライト磁石４とを併用する場合において、双方の磁石が他方の磁石の磁気回路上の磁気抵抗になるように配置されたとき、固定子２に鎖交する有効磁束量が低減し、好ましくない。例えば、フェライト磁石４の磁化方向が極間２０に対して垂直の場合、フェライト磁石４の磁化方向に希土類磁石３が存在することになる。そのため、フェライト磁石４からみて希土類磁石３が磁気抵抗となり、フェライト磁石４の磁束を有効に利用することができない。上記従来技術では、フェライト磁石４の磁束を有効利用するため、希土類磁石３がフェライト磁石４よりも内周側（シャフト孔８側）に配置されている。
【００２９】
一方、フェライト磁石４の磁化方向を平行配向、ラジアル配向、あるいは極配向にした場合、希土類磁石３およびフェライト磁石４が互いの磁気回路上の磁気抵抗になりにくい。図５には、回転子１に配置された希土類磁石３による磁気回路（磁束の流れ）とフェライト磁石４による磁気回路とが模式的に示されている。各磁石から発生した磁束は、図１に示される固定子２を介して、およそ破線に示すような磁気回路を構成する。本実施の形態の回転子１では、双方の磁気回路が互いに干渉しあわないような並列回路となっている。そのため、回転子１は、希土類磁石３およびフェライト磁石４の磁束を最大限利用することができる。
【００３０】
また、希土類磁石３のみ用いた従来の電動機に対して同一の回転子磁束で比較した場合、本実施の形態の回転子１は、フェライト磁石４による磁束補助分の希土類磁石３の量を削減することができる。
【００３１】
なお、フェライト磁石４の磁束は、極間２０で磁化方向が切り替わるため短絡し易いが、この短絡磁束を低減するためには、フェライト磁石４の磁化方向が極間２０に対して垂直に近い（完全に垂直ではない）方向に向くことが好ましい。
【００３２】
そこで、本実施の形態にかかる回転子１は、フェライト磁石４の磁化方向を図４に示すようなラジアル配向や図７に示すような極配向にすることによって、固定子２に鎖交する有効磁束量を増加させている。なお、フェライト磁石４の磁化方向は、ラジアル配向および極配向に限定されるものではなく、図６に示すような平行配向でもよい。この場合、固定子２に鎖交する有効磁束量は、ラジアル配向や極配向の場合に比べて低下するものの、上述した磁気抵抗となる構成を回避することは可能である。
【００３３】
図８は、希土類磁石３のみ用いた従来の永久磁石埋込型電動機１１０の断面図である。従来の永久磁石埋込型電動機１１０では、隣接する希土類磁石３間（隣接するＮ極とＳ極）における短絡磁束が大きいという課題があった。具体的に説明すると、例えば図２に示される磁極２１から出た磁束が図１に示される固定子２のコイルに鎖交した場合には、この磁束がマグネットトルクとして有効に利用される。しかしながら、磁極２１から出た磁束が固定子２のコイルを介さずに短絡した場合、この磁束はマグネットトルクとして利用することができない。
【００３４】
本実施の形態の回転子１は、図２に示すように、隣接する希土類磁石３の間に磁気抵抗の大きいフェライト磁石４が存在するため、希土類磁石３の磁束が短絡しにくい構成となっている。その結果、固定子２に鎖交する有効磁束量を増加させることができる。
【００３５】
隣接する希土類磁石３間の磁束の短絡は、図２に示される薄肉部１５を通過しようとする。本実施の形態の回転子１は、フェライト磁石４が回転子外周面側に配置されているため、薄肉部１５が薄肉化されており、希土類磁石３単体の永久磁石埋込型電動機１１０の磁石外周薄肉部１５ａよりも磁気抵抗を大きくすることができる。また、本実施の形態の薄肉部１５はフェライト磁石４の磁束で磁気飽和するため、短絡磁束が生じにくくなる。その結果、固定子２に鎖交する有効磁束量を増加させることができる。
【００３６】
また、希土類磁石３とフェライト磁石４を併用する場合、図２に示すような薄肉部１４が必要となるが、この薄肉部１４によって磁石の表から裏への磁束の短絡経路が生じて、固定子２に鎖交する有効磁束量が低下する。本実施の形態の回転子１では、希土類磁石３とフェライト磁石４とが同一円周上に配置され、さらに薄肉部１４が薄肉化されているため、希土類磁石３の磁束とフェライト磁石４の磁束とが薄肉部１４を短絡（磁石の表から裏に短絡）するため、薄肉部１４が磁気飽和し易い。従って、希土類磁石３単体もしくはフェライト磁石４単体で構成した場合に比べて、短絡磁束量を低減することができる。その結果、固定子２に鎖交する有効磁束量を増加させることができる。
【００３７】
また、電動機１００において、磁極２１表面の鉄心は、リラクタンストルクによるトルクリップルの増加や回転子１の偏心時の磁気吸引力により、音および振動を増加させる原因となる。従って、磁極２１表面の鉄心面積を小さくする設計が好ましい。本実施の形態の回転子１は、希土類磁石３とフェライト磁石４とを同一円周上に配置することで、希土類磁石３の回転子外周面側に存在する鉄心部７ａの面積を小さくすることができる。従って、上述した音および振動を軽減することが可能である。
【００３８】
また、希土類磁石３の残留磁束密度は、フェライト磁石４の残留磁束密度に対して約３倍である。そのため、希土類磁石３とフェライト磁石４とを併用する場合、回転子外周面の希土類磁石３とフェライト磁石４との境界面における磁束密度のエネルギー変化量が大きく、このエネルギー変化が音および振動を増加させる原因となる。本実施の形態の回転子１は、希土類磁石３の回転子外周面側に存在する鉄心部７ａがフェライト磁石４の回転子外周面側に存在する鉄心（薄肉部１５）よりも多くなるように構成されている。そのため、磁束密度の高い希土類磁石３の表面の磁束密度の集中が緩和され、上述した磁束密度のエネルギー変化量が小さくなり、その結果、音および振動の小さい電動機１００を実現可能である。
【００３９】
なお、希土類磁石３の表面の鉄心部７ａにスリット６を設けた場合、スリット６の幅、位置を調整することで上述した磁束密度のエネルギー変化を緩和しつつ、磁気吸引力も低減でき、音および振動の低減に効果的である。
【００４０】
また、希土類磁石３とフェライト磁石４とを同一円周上に配置することで、磁気特性への影響が小さい回転子１の磁石内周部に、広いスペースを確保することが可能である。そのため、このスペースにカシメや風穴９ａ、リベット穴９ｂを設け易く、回転子１の製作性、冷却性能、回転子１の強度を改善することができる。冷媒が電動機中を通過する圧縮機の場合、風穴９ａを開けたことにより冷媒の循環量が多くなり、性能改善の効果も大きい。
【００４１】
また、本実施の形態の回転子１には、フェライト磁石４と薄肉部１５との間に空気孔１９が形成されている。空気孔１９を設けることによって以下のような効果を得ることができる。固定子２に減磁位相の電流を流した場合、磁石の磁化方向と反対方向の磁界（反磁界）が発生する。希土類磁石３に対する反磁界は、希土類磁石３がシャフト孔８側に多少埋め込まれているため、薄肉部１４を通過して逃げていく。ただし、フェライト磁石４に対する反磁界は、回転子外周面近傍にフェライト磁石４が配置されているため、フェライト磁石４を減磁させ易い。そこで、本実施の形態の回転子１は、フェライト磁石４の回転子外周面側に空気孔１９を設けることによって、フェライト磁石４が減磁し難くなり、減磁に対する回転子１の信頼性を改善することができる。
【００４２】
図９は、フェライト磁石４の厚さと幅の関係を説明するための図である。図９に示されるフェライト磁石４は、磁化方向厚さ（半径方向の長さ）をＴとし、フェライト磁石４の幅（回転方向の長さ）をＷとした場合、Ｗ＞Ｔとなるように構成されている。
【００４３】
本実施の形態の電動機１００は、隣接する希土類磁石３の間に磁気抵抗の大きいフェライト磁石４が存在するため、希土類磁石３の磁束が短絡しにくくなり、固定子２に鎖交する有効磁束量を増加させることができる。そして、フェライト磁石４の幅Ｗが広いほど、隣接する希土類磁石３間の磁気抵抗を増加させることができるため、Ｗ＞Ｔとなるように構成することによって、短絡磁束低減の効果を高めることが可能である。また、厚さＴが小さいほど、希土類磁石３を回転子外周面近傍に近づけることができため、希土類磁石３と回転子外周面の間の鉄心面積（鉄心部７ａの厚み）を低減でき、音および振動をより一層軽減することが可能である。
【００４４】
図１０は、希土類磁石３の磁極開口部Ａとティース幅Ｂとの関係を説明するための図である。図１０に示される電動機１００は、希土類磁石３表面の磁極開口部の幅（隣接するフェライト磁石４間の長さ）をＡとして、ティース１８のティース幅（回転子外周面に対向するティース１８の端面幅）をＢとした場合、Ｂ＞Ａとなるように構成されている。
【００４５】
図８に示されるような希土類磁石３単体の回転子１２０は、回転子１２０の磁石スペースを有効に利用するため、回転子表面に希土類磁石３を幅広く配置し、ティース幅Ｂよりも希土類磁石３表面の磁極開口部の幅（幅Ａに相当）が広い場合が多い。その場合、希土類磁石３の磁束が、ティース１８を伝って隣接磁石に短絡し易い。
【００４６】
本実施の形態の電動機１００は、希土類磁石３とフェライト磁石４を併用することによって、希土類磁石３表面の磁極開口部の幅Ａを小さく構成できる。従って、幅Ａがティース幅Ｂよりも小さくなり、磁束密度の高い希土類磁石３の磁束がティース１８を伝って隣接希土類磁石３に短絡することを抑制でき、磁石の磁束利用率の高い電動機１００を得ることが可能である。特に、本実施の形態の電動機１００では、希土類磁石３が磁気抵抗の大きいフェライト磁石４に囲まれているため、幅Ａをティース幅Ｂよりも小さく構成することによって、希土類磁石３の磁束は、磁気抵抗の小さいティース１８に流れ易くなる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、フェライト磁石４のシャフト孔側面４ａと希土類磁石３のシャフト孔側面３ａとが同一円周上に配置された構成例を説明したが、例えば希土類磁石３をフェライト磁石４よりもシャフト孔８側に配置し、あるいは希土類磁石３をスリット６側に配置してもよい。
【００４８】
図１１は、電動機１００の斜視図である。図１２は、電動機１００の側面図であり、図１３は、回転子鉄心７と永久磁石(希土類磁石３、フェライト磁石４）の斜視図である。図１２および図１３には、電磁鋼板を積層してなる固定子鉄心５の積厚（電磁鋼鈑を積み重ねた厚さ）と回転子鉄心７の積厚と希土類磁石３の軸方向長さとフェライト磁石４の軸方向長さとの関係が示されている。
【００４９】
ここで、固定子鉄心５の積厚をＬｓ、回転子鉄心７の積厚をＬｒ、希土類磁石３の軸方向長さをＬｎ、フェライト磁石４の軸方向長さをＬｆとしたとき、電動機１００は以下の関係式を満たすように構成される。
Ｌｓ＜Ｌｒ、かつ、Ｌｎ＜Ｌｆ、かつ、Ｌｓ≒Ｌｎ、かつ、Ｌｆ≒Ｌｒ
すなわち、本実施の形態の電動機１００では、回転子鉄心７の積厚Ｌｒが固定子鉄心５の積厚Ｌｓよりも大きくなるように構成され、フェライト磁石４の軸方向長さＬｆが希土類磁石３の軸方向長さＬｎよりも大きくなるように構成され、希土類磁石３の軸方向長さＬｎが固定子鉄心５の積厚Ｌｓとほぼ等しくなるように構成され、フェライト磁石４の軸方向長さＬｆが回転子鉄心７の積厚Ｌｒとほぼ等しくなるように構成されている。ここで、「ほぼ等しく」とは、±２ｍｍ程度の範囲を指す。
【００５０】
図１３に示すように希土類磁石３は、挿入孔２３の中に挿入され、挿入孔２３に挿入された希土類磁石３は、回転子鉄心７の積厚方向に対して固定子鉄心５の内周部と対向する位置（所定位置）に設けられる。具体的に説明すると、挿入孔２３の中には、所定位置に希土類磁石３が配設されるようにストッパー（図示せず）が設けられている。希土類磁石３の軸方向端面３ｂがこのストッパーに当接することで、挿入孔２３の中に挿入された希土類磁石３は、所定位置に設けられ、かつ、後述するロータリ圧縮機２００の下部方向に希土類磁石３が落下することも防止される。
【００５１】
上述したように、Ｌｎ＜Ｌｆ、かつ、Ｌｆ≒Ｌｒの関係より、挿入孔２３の軸方向長さ（≒Ｌｒ）は、希土類磁石３の軸方向長さＬｎよりも大きくなるように形成されている。従って、挿入孔２３に挿入された希土類磁石３の軸方向端面３ｂよりも外側（軸方向端面３ｂと回転子鉄心７の軸方向端面７ｂとの間）には、挿入孔２３と同一形状の漏れ磁束抑制部１０（図１１参照）が形成される。なお、本実施の形態では、一例として、漏れ磁束抑制部１０と挿入孔２３とが同一形状であるが、漏れ磁束抑制部１０の形状は、これに限定されるものではなく、回転子鉄心７に薄肉部１４が形成され、かつ、希土類磁石３の軸方向端面３ｂの外側に設けられていれば、挿入孔２３と異なる形状であってもよい。
【００５２】
このように、本実施の形態にかかる電動機１００は、希土類磁石３の軸方向端面３ｂよりも外側に漏れ磁束抑制部１０を設けることで、希土類磁石３の磁束が軸方向端面３ｂよりも外側に漏れるのを抑制することができる。また、回転子鉄心７には、漏れ磁束抑制部１０と挿入孔２２との間に磁石間薄肉部１４の一部分が形成されているため、フェライト磁石４の漏れ磁束を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施の形態にかかる電動機１００は、フェライト磁石４の軸方向長さＬｆを希土類磁石３の軸方向長さＬｎよりも大きく構成することで、安価なフェライト磁石４を用いて有効磁束量を増やすことができ、電動機１００の高効率化と低コスト化の両立が可能である。
【００５４】
ここで、上記電動機１００をロータリ圧縮機２００（圧縮機の一例）に搭載した場合の構成について述べる。図１４は、ロータリ圧縮機２００の縦断面図であり、図１４に示されるロータリ圧縮機２００は、１シリンダロータリ圧縮機である。
【００５５】
ロータリ圧縮機（以下単に「圧縮機」と称する）２００は、密閉容器３０内に電動機１００（電動要素）と圧縮要素３１とを備えている。図示はしないが、密閉容器３０の底部には、圧縮要素３１の各摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留している。
【００５６】
圧縮要素３１は、以下に示す要素を備える。
（１）冷媒ガスを内部に納めるシリンダ３２。
（２）電動機１００により回転する偏心軸３３を有する回転軸３４。
（３）回転軸３４の偏心軸３３に嵌挿されるピストン３５。
（４）シリンダ３２内を吸入側と圧縮側に分けるベーン（図示せず）。
（５）回転軸３４が回転自在に嵌挿され、シリンダ３２の軸方向端面を閉塞する上下一対の上部フレーム３６ａ及び下部フレーム３６ｂ。
（６）上部フレーム３６ａ及び下部フレーム３６ｂに夫々装着された上部吐出マフラ３７ａ及び下部吐出マフラ３７ｂ。
【００５７】
次に動作について説明する。冷媒ガスは吸入マフラ３８を通過して密閉容器３０に固定された吸入パイプ３９よりシリンダ３２内へ吸入される。インバータ（図示せず）によって電動機１００が回転すると、回転軸３４の偏心軸３３に嵌合されたピストン３５がシリンダ３２内を回転する。それにより、シリンダ３２内では冷媒ガスの圧縮が行われる。圧縮された高温の冷媒ガスは上部吐出マフラ３７ａおよび下部吐出マフラ３７ｂを経て、密閉容器３０内へと吐出され、密閉容器３０に設けられた吐出パイプ４１を通って冷凍サイクルの高圧側へ供給される。
【００５８】
電動機１００の固定子２は、密閉容器３０に焼嵌または溶接等の方法により直接取り付けられ保持されている。固定子２に巻回された巻線１１には、密閉容器３０に固定されるガラス端子４０からの電力が供給される。
【００５９】
回転子１は、固定子２の内周部側に設けた空隙を介して配置されており、回転子１の中心部の回転軸３４を介して圧縮機２００の下部に設けた圧縮要素３１の軸受け部（上部フレーム３６ａ及び下部フレーム３６ｂ）により回転自在な状態で保持されている。
【００６０】
なお、圧縮機２００の冷媒には、従来からＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２等が用いられているが、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）の冷媒等などいかなる冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ冷媒が望まれている。低ＧＷＰ冷媒の代表例として、以下の冷媒がある。
【００６１】
（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）である。ＨＦＯは、Ｈｙｄｒｏ−Ｆｌｕｏrｏ−Ｏｌｅｆｉｎの略で、Ｏｌｅｆｉｎは、二重結合を一つ持つ不飽和炭化水素のことである。なお、ＨＦＯ−１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えば、Ｒ１２７０（プロピレン）である。なお、ＧＷＰは３で、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより小さいが、可燃性はＨＦＯ−１２３４ｙｆより大きい。
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素または組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくともいずれかを含む混合物、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＲ３２との混合物等である。ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなり、冷凍サイクル（特に、蒸発器において）の性能が低下しやすい。そのため、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１等との混合物が実用上は有力になる。
【００６２】
上記低ＧＷＰ冷媒の内、Ｒ３２冷媒については、毒性がなく、強燃性でないことから、特に注目されている。また、圧縮機２００にＲ３２冷媒を用いた場合、従来から用いられているＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２等と比べ、圧縮機２００の内部温度が約２０℃高くなるという特性を有す。
【００６３】
圧縮機２００の内部の温度は、圧縮負荷状態（回転速度、圧縮負荷トルク、冷媒）によって異なり、特に回転速度に対して依存性が高くなっている。電動機１００の回転速度が最も高くなるときに圧縮機２００の内部の温度が最大となり、Ｒ４１０Ａ冷媒の場合、およそ９０〜１１０℃である。そして、Ｒ３２冷媒を用いた場合は、Ｒ４１０Ａ冷媒に対し、圧縮機２００内の温度が更に２０℃程度上昇し、１１０〜１３０℃となる。
【００６４】
上記環境下においては、吸入口（吸入パイプ３９）より吸入された冷媒は圧縮されて密閉容器３０内を通り、吐出パイプ４１から外部の冷媒回路へ流れるため、圧縮機２００の内部の温度は、電動機１００自体の発熱よりも、冷媒の温度に依存することになる。
【００６５】
圧縮機２００の内部の温度の上昇により、回転子１の内部に配置された希土類磁石３の温度も上昇する。希土類磁石３は、温度が高くなるほど保磁力が低くなる負の保磁力温度係数を有する。
【００６６】
ここで、保磁力とは、永久磁石の減磁耐力の指標を示すもので、数値が大きいほど逆磁界や熱に対して減磁耐力が大きいという特性を示す。例えば、圧縮機２００に用いられる一般的な希土類磁石３は、常温（２０℃）での保磁力ＨＣＪが２０ｋＯｅ以上で温度係数−０．５５［％／℃］程度である。また、保磁力温度係数とは、温度によって保磁力の特性が変化する度合いを示すものであり、Ｎｄ・Ｆｅ・Ｂ系希土類磁石３の場合、永久磁石の温度が高くなるにしたがい保磁力が低下し、例えば、磁石温度が１００℃上昇すると保磁力が５５％低下することを意味する。
【００６７】
したがって、圧縮機２００の内部の温度がより高温となるＲ３２冷媒を用いた場合、希土類磁石３の減磁を回避するために、希土類磁石３の径方向の厚みを大きくする、若しくは、Ｄｙを多く含む保磁力の大きい希土類磁石３を使用する等の対策が必要であり、いずれも電動機のコストアップとなっていた。
【００６８】
圧縮機２００に本実施の形態にかかる電動機１００を用いることで、Ｒ３２冷媒を用いた場合であっても、希土類磁石３のみで構成した場合に比べ、希土類磁石３の使用量を削減でき、コストアップを抑制した高効率な電動機が得られる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、１シリンダロータリ圧縮機を例に説明したが、これに限定されるものではなく、圧縮機２００の内部に電動機１００が組み込まれていれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、圧縮機２００の構造を変更して構成することも可能であることは無論である。
【００７０】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電動機１００は、複数の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心７を固定子２内に配置して成る永久磁石埋込型電動機であって、回転子鉄心７の磁極２１を構成する磁石は、回転子鉄心７の外周側に設けられ回転子鉄心７の円周方向へ極数に相当する数だけ配置されるフェライト磁石４と、フェライト磁石４の間に配置された希土類磁石３と、から成り、回転子鉄心７の積厚Ｌｒは、固定子鉄心５の積厚Ｌｓよりも大きく形成され、フェライト磁石４の軸方向長さＬｆは、希土類磁石３の軸方向長さＬｎよりも大きく形成され、希土類磁石３の軸方向長さＬｎは、固定子鉄心５の積厚Ｌｓとほぼ等しく形成され、フェライト磁石４の軸方向長さＬｆは、回転子鉄心７の積厚Ｌｒとほぼ等しく形成され、希土類磁石３は、回転子鉄心７の積厚方向に対して固定子鉄心５の内周部と対向する位置に設けるようにしたので、安価なフェライト磁石４を用いて有効磁束量を増やすことができ、電動機１００の高効率化と低コスト化の両立が可能である。
【００７１】
また、本実施の形態にかかる回転子鉄心７には、回転子鉄心７の外周側に設けられ希土類磁石３を挿入する挿入孔２３が形成され、この挿入孔２３に挿入された希土類磁石３の軸方向端面３ｂと回転子鉄心７の軸方向端面７ｂとの間には、漏れ磁束抑制部１０が形成されているので、希土類磁石３の磁束が軸方向端面３ｂよりも外側に漏れるのを抑制することができる。また、回転子鉄心７には、漏れ磁束抑制部１０と挿入孔２２との間に磁石間薄肉部１４の一部分が形成されているため、フェライト磁石４の漏れ磁束を抑制することができる。
【００７２】
また、本実施の形態にかかるフェライト磁石４は、磁極２１の極間２０にフェライト磁石４の中心が位置するように配置され、極間２０に対して磁化方向が反転するように着磁されているので、希土類磁石３およびフェライト磁石４の双方の磁気回路が互いに干渉しあわないような並列回路となり、希土類磁石３およびフェライト磁石４の磁束を最大限利用することができる。また、希土類磁石３のみ用いた従来の電動機に対して同一の回転子の磁束で比較した場合、本実施の形態の回転子１は、フェライト磁石４による磁束補助分の希土類磁石３の量を削減することができる。その結果、希土類磁石３の回転子外周面側に存在する鉄心部７ａの面積を小さくすることができ、低コスト化、高効率化、低騒音化、および低振動化を実現可能である。
【００７３】
また、本実施の形態にかかる電動機１００は、希土類磁石３の間に磁気抵抗の大きいフェライト磁石４が存在するため、隣接する希土類磁石３間の磁束が短絡しにくくなり、また磁石の表から裏への短絡磁束も生じにくい。そのため、単位体積あたりの希土類磁石３で考えた場合、固定子２に鎖交する有効磁束量が増加し、マグネットトルクが大きくなり、印加電流の低減、高出力化を図ることが可能であり、もしくは、磁束量の増加分を希土類磁石３の使用量の削減に振り向けることも可能である。
【００７４】
また、本実施の形態にかかるフェライト磁石４は、磁化方向が平行配向、ラジアル配向、または極配向となるように構成されているので、フェライト磁石４からみて希土類磁石３が磁気抵抗とならず、特にラジアル配向または極配向の場合、フェライト磁石４の磁化方向が極間２０に対して垂直に近い方向に向くため、固定子２に鎖交する有効磁束量を増加させることができる。従って、希土類磁石３のみ用いた従来の電動機に対して同一の回転子の磁束で比較した場合、フェライト磁石４による磁束補助分の希土類磁石３の量を削減することができ、より一層の低コスト化と高効率化を図ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態にかかる希土類磁石３は、フェライト磁石４と同一円周上に配置されているので、回転子１の偏心時の磁気吸引力に伴う音および振動を増加させる原因である鉄心部７ａの面積を小さくすることができる。従って、希土類磁石３がフェライト磁石４と同一円周上に配置されていない場合に比べて、低騒音化および低振動化音を図ることが可能である。
【００７６】
また、本実施の形態にかかる回転子鉄心７には、回転子鉄心７の外周側に設けられフェライト磁石４を挿入する挿入孔２２が形成され、フェライト磁石４の外周面と挿入孔２２との間には隙間（空気孔１９）が形成されているので、減磁し易い箇所を設計段階で排除し、減磁による磁束量の変化を防止し、信頼性を向上させることが可能であり、電動機１００を搭載した製品の品質を向上させることが可能である。
【００７７】
また、本実施の形態にかかるフェライト磁石４が、回転子鉄心７の半径方向における厚さをＴとし、回転子鉄心７の回転方向における長さをＷとした場合、Ｗ＞Ｔとなるように構成されているので、Ｗが広いほど希土類磁石３間の磁気抵抗が増加され、短絡磁束低減の効果を高めることが可能である。また、Ｔが小さいほどシャフト孔側面４ａが回転子１の外周面近傍に近づけることができ、それに伴ってシャフト孔側面３ａも回転子１の外周面近傍に近づけることができるため、希土類磁石３と回転子外周面の間の鉄心面積（鉄心部７ａの厚み）を低減でき、音および振動をより一層軽減することが可能である。
【００７８】
また、本実施の形態にかかる固定子２の内周部側には、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のティース１８が形成され、希土類磁石３表面の磁極開口部の幅をＡとして、ティース１８の幅をＢとした場合、Ｂ＞Ａとなるように構成されているので、希土類磁石３の磁束がティース１８を伝って隣接する希土類磁石３に短絡することを抑制でき、磁石の磁束利用率の高い電動機１００を得ることが可能である。
【００７９】
なお、本発明の実施の形態にかかる永久磁石埋込型電動機および圧縮機は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明は、永久磁石埋込型電動機および圧縮機に適用可能であり、特に、高効率で音および振動を低減することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１２０  回転子
２  固定子
３  希土類磁石
３ａ、４ａ  シャフト孔側面
３ｂ、７ｂ  軸方向端面
４  フェライト磁石
５  固定子鉄心
６  スリット
７  回転子鉄心
７ａ  鉄心部
８  シャフト孔
９ａ  風穴
９ｂ  リベット穴
１０  漏れ磁束抑制部
１１  巻線
１４  磁石間薄肉部
１５  フェライト磁石外周薄肉部
１５ａ  磁石外周薄肉部
１７  ラジアル配向の焦点
１８  ティース
１９  空気孔（隙間）
２０  極間
２１  磁極
２２  フェライト磁石挿入孔
２３  希土類磁石挿入孔
３０  密閉容器
３１  圧縮要素
３２  シリンダ
３３  偏心軸
３４  回転軸
３５  ピストン
３６ａ  上部フレーム
３６ｂ  下部フレーム
３７ａ  上部吐出マフラ
３７ｂ  下部吐出マフラ
３８  吸入マフラ
３９  吸入パイプ
４０  ガラス端子
４１  吐出パイプ
１００、１１０  永久磁石埋込型電動機
２００  ロータリ圧縮機
Ｌｆ、Ｌｎ  軸方向長さ
Ｌｒ、Ｌｓ  積厚
【図１】
0005619305.tif 000002
【図２】
0005619305.tif 000003
【図３】
0005619305.tif 000004
【図４】
0005619305.tif 000005
【図５】
0005619305.tif 000006
【図６】
0005619305.tif 000007
【図７】
0005619305.tif 000008
【図８】
0005619305.tif 000009
【図９】
0005619305.tif 000010
【図１０】
0005619305.tif 000011
【図１１】
0005619305.tif 000012
【図１２】
0005619305.tif 000013
【図１３】
0005619305.tif 000014
【図１４】
0005619305.tif 000015